1. Öğretmen Kılavuzu. 2. Öğrenci Kılavuzu

Transkript

1 1. Öğretmen Kılavuzu a. Konu b. Kullanıcı Kitlesi c. Deney Süresi d. Materyaller e. Güvenlik f. Genel Bilgi g. Deney Öncesi Hazırlık h. Ön Bilgi i. Deneyin Yapılışı (Prosedür) j. Deney Sonuçları k. Öğrenci Kılavuzundaki Soruların Cevapları l. Kaynaklar 2. Öğrenci Kılavuzu a. Genel Bilgi b. Deney Süresince Uyulması Gereken Kurallar c. Deneyin Yapılışı d. Sorular 1

2 Canlılar hücresel organizasyonlarına göre ökaryot ve prokaryot olmak üzere temel olarak ikiye ayrılır. Ökaryotlar; şekil, yapı, organizasyon ve fonksiyon bakımından prokaryot organizmalara göre çok daha komplekstirler. Prokaryotlar; yapısal olarak basit mikroorganizmalardır, zarla çevrili çekirdekleri ve sitoplazmik organelleri bulunmaz. Prokaryotlar, arkealar ve bakteriler olmak üzere iki filogenetik gruba ayrılırlar. a) Konu Öğrenciler; Deneyde günlük hayatta çevrede bulunan ancak gözle görülemeyen bakterileri besi yeri ortamında çoğaltacak, Bakterilere karşı tedavi amaçlı kullandığımız antibiyotiklerin bakteriler üzerine olan etkisini görecektirler. b) Kullanıcı Kitlesi Bakteri antibiyotik kiti, 9 yaş ve üstü çocukların kullanımına uygundur. c) Deney Süresi Deney: 20 dakika İnkübasyon süresi: Gece boyu d) Materyaller Besiyeri; 20 tane (+4 C de saklanacak) Steril eküvyon çubuk; 50 tane Fungusit çözeltisi; 30 ml (-20 C de saklanacak) Antibiyotik çözeltisi; 30 ml (-20 C de saklanacak) Pastör pipeti; 60 tane Kit içerisinde bulunmayan kullanılacak malzemeler Bunsen beki Etüv e) Güvenlik Laboratuvarda uyulması gereken genel kurallara dikkat edilmelidir. Deney süresince öğrenciler eldiven kullanmalıdır. Deney süresince kullanılan kimyasallar ile istenmeyen bir temas olması durumunda bulaşan bölge bol sabun ve su ile yıkanmalıdır. Kullanılan kimyasalların solunmamasına özen gösterilmeli, deneyin yapıldığı laboratuvar havalandırılmalıdır. Laboratuvar sorumlusu olmadan kit kullanılmamalıdır. 2

3 f) Genel Bilgi Canlıların Sınıflandırılması Canlılar hücresel organizasyonlarına göre ökaryot ve prokaryot olmak üzere iki temel sınıfa ayrılır (Şekil 1). Ökaryotlarda genetik materyal hücre içerisinde zarla çevrilmiş çekirdeğin içinde bulunur. Ökaryotik organizmaların sitoplazmalarında şekil ve işlevleri farklı olan lizozom, mitokondri, endoplazmik retikulum gibi organeller yer alır. Boyut ve hacimsel olarak prokaryotik hücrelerden büyüktürler. Hücrelerin şekil ve fonksiyon olarak çeşitliliği prokaryotlar ile karşılaştırıldığı zaman oldukça fazladır. Prokaryotlar; dünya yüzeyinde ilk gelişen organizmalardır ve günümüzde biyosfere hakim olan canlılardır. Ökaryotik hücrelere göre daha basit olan prokaryotların, zarla çevrili çekirdeği ve sitoplazmik organelleri bulunmaz. Prokaryotlar, arkeler ve bakteriler olmak üzere iki filogenetik gruba ayrılırlar. Önceleri bakteriler grubu içinde yer alan arkeler; sonrasında hücresel, metabolik, filogenetik ve gen yapılarına bakılarak ayrı bir prokaryotik grup olarak sınıflandırılmışlardır. Günümüzde arkeler ile ilgili yapılan çalışmaların çoğu canlıların sistematik özelliklerinden ziyade ekolojik özellikleriyle ilgilidir. Arkeler yüksek sıcaklık, basınç,asit, baz gibi ekstrem koşullarda yaşayabilmektedir. Hücre zarlarının kendine özgü lipit tabakası içermesiyle ve karakteristik rrna baz sırasına sahip olmalarıyla bakterilerden ayrılırlar. Bakterilerin Yapısı 1-5 μm boyutlar arasında değişik büyüklüğe sahip, sadece mikroskopta görülebilen, bağımsız olarak yaşayabilen canlıları bakteriler olarak adlandırmaktayız. Yeryüzündeki her ortamda mevcut olan bakterilerin; toprakta, deniz suyunda, okyanusun derinliklerinde, yer kabuğunda, deride, hayvanların bağırsaklarında, asitli sıcak su kaynaklarında ve radyoaktif atıklarda yaşayan tipleri bulunmaktadır. Bakterilerde hücre yapısını hücre zarı ve hücre çeperi oluşturur. Ayrıca bazı bakteri hücrelerinde kapsül, kamçı (flageller), piluslar bulunur. Bakterilerde genetik materyal genellikle çift zincirli, çembersel yapıda DNA dır. Ökaryotlardan farklı olarak bakterilerde DNA, çekirdek zarı ile sitoplazmadan ayrılmış durumda değildir, sitoplazmanın ortasında bir yumak gibi kıvrılmış biçimde bulunur (nükleoid). Bakteri DNA'sı hücre zarında bulunan, hücre zarının kıvrımlı girintileri olan mezozomlara bağlı olarak konumlanmıştır. Mezozom üzerinde bulunan solunum enzimleri ökaryotlardaki mitokondri ile benzer görev yapar. Bakterilerde ökaryotlarda bulunan çekirdek yapısı olmadığı gibi çekirdekçik de bulunmamaktadır. 3

4 Bakterilerde sitoplazma; hücre zarfı ile çevrelenmiş, DNA, RNA, ribozomlar, metabolitler, enzimler, iyonlar, plazmidler ve depolanmış granülleri içeren amorf ve sulu bir sıvıdır. Ribozom hariç ökaryotlarda bulunan diğer organelleri içermez. Bu organellerin görevini bakteride hücre zarı üstlenmiştir. Ayrıca sahip oldukları ribozomlar da aynı görevi üstlenmelerine rağmen yapısal olarak farklılıklar içermektedir. Plazmidler, kromozom dışı, çift iplikli ve çembersel DNA molekülleri olup, bakteri kromozomundan bağımsız olarak çoğalabilirler. Bakteri genomundan ayrı olarak bulunabildikleri gibi genoma birleşik olarak da bulunabilirler. Plazmidler genel olarak işlevlerine göre 5 e ayrılırlar. Fertilite-F-plasmidleri (konjügasyonda görev alırlar) Rezistans-(R) plazmidleri (antibiyotik ve zehirlere karşı direnç sağlayan genler içerirler) Col-plazmidleri (başka bakterileri öldürebilen protein türleri olan kolisinleri kodlayan genler içerirler) Yıkıcı plazmidler, (tolüen veya salisilik asit gibi ender bileşiklerin yıkımını sağlarlar.) Virülans plazmidleri (bakterinin patojen olmasına neden olurlar.) Bakterilerde hücre zarı, ökaryot hücre zarı ile benzer olarak çift tabakalı fosfolipid yapıdadır ve protein içerir. Ancak ökaryotlardan farklı olarak sterol içermez (Mycoplasma spp. hariç). Bu zar, hücre içine giren ve hücre dışına bırakılan moleküllerin yapısını ve miktarını sınırlayarak seçici geçirgen özellik gösterir. Hücre zarının başlıca fonksiyonları; Seçici geçirgenlik ve madde alışverişinin sağlanması; bu sayede hem hücre içi basıncın sabit tutulması hem de bakteri için gerekli maddelerin içeri alınması. Üzerinde bulunan solunum enzimleriyle, solunum işlevini gerçekleştirmek (elektron transportu ve oksidatif fosfarilasyon gerçekleştirilir). Sindirim işlevini yürütür, çeşitli enzimlerin ve proteinlerin hücre dışına salgılanması ve parçalanan besinlerin hücre içine alımını gerçekleştirir. Biyosentez işlevini gerçekleştirir (hücre duvarı sentezi gibi). Mycoplasmalar hariç bütün bakterilerde hücre duvarı bulunur. Bakteri hücre duvarı, ökaryot hücrelerde bulunmayan ve peptidoglikan (=murein, =mukopeptid) olarak adlandırılan bir ağ yapısındadır. Bu tabakanın kalınlığı Gram pozitif bakterilerde Gram negatif bakterilere oranla daha fazladır, bu sebeple gram boyasıyla boyanıp boyanmama durumu gelişmekte ve bakterilerin isimlendirilmesi bu durum baz alınarak yapılmaktadır. Bakteri hücre duvarı son derece dayanıksız olan hücre zarını çevreler. Bakteri, hücre duvarı sayesinde bütünlüğünü koruyabilir, hücre duvarının bütünlüğü bozulursa bakteri ölür. Bakterilerde kapsül; polisakkaritten oluşmuş, bakterinin tamamını saran jelatin benzeri bir katmandır. Kapsülün yapıtaşı olan polisakkaritlerin şeker bileşenleri bir bakteriden diğerine değişiklik gösterir. Kapsül yapısı bazı bakterilerde bulunur, bulunduğu bakteriye antijenik özellik kazandırır ve bu sayede bakterilerin serotiplendirilmesinde önemli bir rol oynar. Ayrıca kapsül yapısı bakteriyi fagositoza karşı korumaktadır. 4

5 Bakteri kamçısı (flagel); bakterilerin hareketini sağlayan, antijenik özellikte, protein yapısında, sitoplazmadan köken alan uzantılardır. Bakteri yüzeyinde bir veya birden fazla bulunabilirler. Genelde kok morfolojisinde bakterilerde bulunmaz. Bakteri pilusu; kıla benzer filamentler olup, hücre yüzeyini her yönünden çıkabilen, kamçıya göre daha kısa protein yapısındaki uzantılardır. Bakterilerde 2 çeşit pilus bulunur: basit pilus ve seks pilusu. Basit pilus; bakterilerin vücutta hastalık oluşturmasındaki en önemli basamağı, konak hücreye tutunmayı sağlar. Seks pilusu ise bakteriler arası genetik madde aktarımından sorumludur. Bazı bakteriler çevre koşullarının bozulduğu (besin maddelerinin azalması, oksijen yetersizliği gibi) dönemlerde canlı kalmayı sürdürebilmek için yapısal ve metabolik değişikliğe uğrayarak sıcaklığa, ultraviyole ışığına ve kimyasal maddelere dirençli spor meydana getirir. Ortam koşulları normale döndüğünde normal bakteri haline dönebilirler. Bakterileriyel Üreme ve Metabolizma Bakteriler ikiye bölünerek çoğalırlar. Çoğalmaları logaritmik olarak gerçekleşir (2 n : n üreme siklusu sayısı). Bakterilerin üreme ve bölünmesi için; üreme ve beslenme gereksinimleri, (su, karbon ve azot kaynağı, mineraller, inorganik tuzlar, büyüme faktörleri, vitaminler, uygun H alıcı ve vericileri, oksijen ve karbondioksit gibi) kimyasal faktörler ve optimum ph, optimum sıcaklık gibi fiziksel faktörleri içeren özel üreme koşullarına ihtiyaç duyarlar. Bakteriler tüm canlılar gibi çeşitli karbon ve enerji kaynaklarını kullanarak metabolizmalarını sürdürürler. Şekilde özelliklerine göre bakterilerin sınıflandırılması gösterilmiştir (Şekil 2). Bakterilerin Biyolojik ve Ekonomik Önemi Bakterilerin bir kısmı canlı hayatı için faydalıyken, bir kısmı ise hastalık etkeni olup patojendir. Yararlı bakteriler Normal mikrobiyal flora olarak adlandırılan farklı türlerden milyarlarca mikroorganizma insan vücudu üzerinde ya da içerisinde gelişir. Kalıcı ve geçici olmak üzere 2 ye ayrılan flora sayesinde patojen bakterilerin vücuda yerleşmesi engellenir ve patojenlere karşı bağışıklıkla (immün) verilen yanıtta rol oynarlar. Çürükçül bakteriler, salgıladıkları enzimlerle bitki ve hayvan ölülerini ve besinleri basit organik maddelere parçalarlar. Böylece bir taraftan kendi besin ihtiyaçlarını karşılarken diğer taraftan toprağın organik madde bakımından zenginleşmesini yani humus oluşumunu sağlamış olurlar. Ayrıca bitki ve 5

6 hayvan artıklarını ayrıştırdıkları için doğadaki madde döngüsünü (karbon ve azot döngüsü) sağlamada da çok önemli rolleri vardır. Nitrat ve nitrit bakterileri, doğadaki azot dolaşımında rol oynarlar. Baklagillerin köklerindeki Rhizobium bakterileriyle topraktaki azot bakterileri havanın serbest azotunun toprağa bağlanmasını sağlayarak doğadaki azot dolaşımına katkıda bulunurlar. İnsanların kalın bağırsağında yaşayan mutualist bakteriler B ve K vitamini üretimini sağlarlar. Hastalıklardan korunma ve tedavide bakterilerden yararlanılarak hazırlanan aşı ve serum kullanılır. Aşı ile sağlıklı bireye etkisi zayıflatılmış ya da öldürülmüş bakteriler verilir. Bağışıklık sisteminin uyarılması ile oluşan antikorlar aktif bağışıklık sağlar. Serum elde etmek için bazı hayvanların vücuduna zayıflatılmış bakteriler verilir. Hayvanın ürettiği antikorlar bir dizi özel teknik ile izole edilerek serum elde edilir. Serum,- hasta bireylere verilip, pasif bağışıklık sağlanır. Çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılmak üzere, biyoteknojik yöntemler kullanılarak geliştirilen bakteriler sayesinde insülin, büyüme hormonu, vitamin, interferon ve antibiyotik üretilmektedir. Genetik mühendisliği yöntemleriyle yabancı genler bakteri içerisine sokularak bu genlerin ürünleri ilaç sanayinde kullanılır. Genetik mühendisliği teknikleriyle geliştirilen bakteriler, biyolojik mücadelede zararlı böcek ve bitkilere karşı kullanılmaktadır. Fermentasyon yapan bakteriler kullanılarak, yoğurt ve peynir gibi gıdalar üretilmektedir. Su, hava ve topraktaki kirleticilerin giderilmesinde mikroorganizmaların kullanılmasına biyoremediasyon denmektedir. Organik çöpler ve atıklar, bakteriler sayesinde bütanol ve metan gibi yakıtlara dönüştürülerek enerji eldesi sağlanmaktadır. Zararlı bakteriler Patojen bakterilerden bazıları konak canlının hücre ve dokularını tahrip ederken bazıları da toksin adı verilen zehirli proteinler üreterek organizmanın hastalanmasına, bazen de ölümüne neden olabilirler. Bazı anaerob bakterilerin ürettiği toksinler yiyeceklerin ve konservelerin bozulmasına neden olarak bu besinleri tüketen insanlarda besin zehirlenmesi görülmesine neden olur. Bakterilerle Savaş Bağışıklık sistemi; insan vücudunun hastalıklara karşı savunma mekanizmasını oluşturan, vücudu yabancı ve zararlı maddelere karşı koruyan oldukça karmaşık bir sistemdir. Bu sistem vücudumuza giren milyonlarca bakteri, virüs, parazit ve toksinlere karşı korumak için düzenlenmiştir. Temel olarak bakterilerden doğal ve sonradan kazanılan bağışıklık sayesinde 6

7 korunulmaktadır (Şekil 3). Bakterilerle savaşın bir diğer yolu ise üremelerini engelleyici ve canlılıklarını kaybetmelerine neden olan antibiyotiklerdir. Antibiyotikler bağışıklık sağlamaz, dolayısıyla her seferinde bakteri ile temas sonucu doktor kontrolünde kullanımı gerekmektedir. Yanlış antibiyotik kullanımı ve belirtilen antibiyotik kullanım sürelerine uyulmaması antibiyotiğe dirençli bakterilerin oluşmasına neden olmaktadır. g) Deney Öncesi Hazırlık 1. Kit kitapçığı öğretmen ve öğrenci kılavuzu olmak üzere 2 kısımdan oluşmaktadır. Uygulama öncesi öğrenci kılavuz bölümü öğrencilere çoğaltılıp verilecektir 2. Deneyde kullanılan ayırma yöntemlerinde gerçekleşen reaksiyonların bilgisi sadece öğretmen kılavuzundadır. Öğrenci kılavuzunda deney sonunda reaksiyonlar ile ilgili sorular verilerek, öğrencilerin akıl yürütmesi ve araştırması hedeflenmiştir. h) Ön Bilgi Kit içerisinde verilmiş olan fungusit ve antibiyotik çözeltileri -20 C de, besi yerleri ise +4 C de saklanmalıdır. Ekim yapılmadan önce besi yerleri oda sıcaklığına gelene kadar bekletilerek ekimler gerçekleştirilmelidir. Besi yeri ortamında fungusların varlığı bakteri üremesini baskılamaktadır. Deney sistemine antibiyotğin yanında fungusitin de eklenmesinin nedeni hem antibiyotik-bakteri ilişkisini sağlıklı bir şekilde gözlemleyebilmek hem de fungus-bakteri üremesi arasındaki ilişkiyi gözler önüne sermektir. i) Deneyin Yapılışı UYARI: Aşağıda belirtilen deneysel işlemlerin tamamı ateş başında yapılmalıdır. Kit içerisinde verilmiş olan 4 adet besiyerine aşağıda gösterildiği şekilde verilmiş olan miktarlarda antibiyotik ve fungusit ilave edilir ve besi yerleri üzerine iyice yayılmaları sağlanır. Fungusit ve/veya antibiyotik ilave edilmiş olan besiyerleri bir süre bekletilerek ( 5 dakika), ilave edilmiş kimyasalların besiyerleri tarafından iyice emilmesi sağlanır. 7

8 Fungusit ve/veya antibiyotiğin besi yerlerine iyice yayıldığından emin olunup, besiyerlerleri üzerinde fazladan kalan fungusit ve/veya antibiyotik pastör pipeti yardımıyla petri hafifçe yana eğilerek kenarından alınarak uzaklaştırılır. (Her besi yerine pastör pipeti kullanılmalıdır.) Kit içerisinde verilmiş olan 4 adet steril eküvyon çubuk, aynı anda ve eşit koşullar sağlanacak şekilde bakterice zengin olduğu düşünülen çevredeki eşya ve alanlara (örneğin; ellere, çevredeki eşyalara, kapı kollarına ve pencere kenarlarına) iyice sürtülür. Daha önceden hazırlanmış olan besiyerlerine, her birine ayrı olacak şekilde çevreden iyice sürterek örnek alınmış olan eküvyon çubuklar besi yerlerinin yüzeyinde iyice gezdirilerek ekim yapılması sağlanır. Ekimi tamamlanmış olan besiyerleri etüvde gece boyu bekletildikten sonra sonuçlar tartışılır. j) Deney Sonuçları 1. besiyerinde antibiyotik kullanılmadığı için üreme görülmektedir. 2. besiyerinde antibiyotik kullanımıyla bakteri üremesi gözlenmemektedir. 3. besiyerinde antibiyotik kullanılmadığı için üreme görülmektedir. Bu besiyeri 1. besiyerinden kullanılan fungusit ile ayrılmaktadır. Fungusit kullanımıyla fungus üretimi durdurulmuş, bu sayede bakterilerin besiyerinde daha kolay üremesi sağlanmıştır. 4. besiyerinde antibiyotik kullanımı bakteri üretimini durdurmuştur. Özetle; antibiyotik kullanımı bakteri üremesini durdurmaktadır. Fungusitin etkisi ise bakteriler üzerine direk değil dolaylı yoldan olmaktadır. Normal şartlar altında funguslar çoğu ortamda üreyebilen baskın canlı grubudur. Fungusit kullanımı çoğu ortamda kolaylıkla üreyebilen fungusların üremesini kısıtlayarak bakterilerin üremesine imkan sağlamaktadır. k) Öğrenci Kılavuzundaki Soruların Cevapları 1. Canlılar hücresel organizasyonlarına göre ökaryot ve prokaryot olmak üzere ikiye ayrılır. Ökaryotlar; genetik materyali hücre içinde zarla çevrilmiş çekirdeğin içinde bulunan hücrelerdir. Sitoplazmalarında şekil ve işlevleri farklı olan lizozom, mitokondri, endoplazmik retikulum gibi organeller taşırlar. Boyut 8

9 ve hacimsel olarak prokaryotik hücrelerden büyüktürler. Hücrelerin şekil ve fonksiyon olarak çeşitliliği prokaryotlar ile karşılaştırıldığı zaman oldukça fazladır. Prokaryotlar; evrimsel süreçte ilk oluşan organizmalar olmalarına karşın, günümüzde biyosfere hala hakim olan canlılardır. Ökaryotik hücrelere göre daha basit mikroorganizmalardır, zarla çevrili çekirdeği ve sitoplazmik organelleri bulunmaz. Prokaryotlar, Arkeler ve Bakteriler olmak üzere iki filogenetik gruba ayrılırlar. 2. Antibiyotik kullanımı bakterilerin üremesini engellemek için kullanılmaktadır. Fungusit ise fungus üremesini engellemektedir. Fungusit kullanımının bakteriler üzerine etkisi doğrudan değil dolaylı yoldan olmaktadır. Funguslar çoğu ortamda üreme yönünden baskın canlı grubudur, dolayısıyla bulundukları ortamda bakteri üremesini kısıtlamaktadır. Fungusit kullanımıyla bu durum engellenerek bakterilerin deney esnasında sağlıklı bir şekilde görülmesi sağlanmıştır. l) Kaynaklar Lippincott Illustrated Review Mikrobiyoloji; Richard A. Harvey, Pamela A. Champe. Brock Mikroorganizmaların Biyolojisi; Eleventh edition; Michael T. Madigan, John M. Martinko. 9

10 Öğrenci Kılavuzu Canlılar hücresel organizasyonlarına göre ökaryot ve prokaryot olmak üzere temel olarak ikiye ayrılır. Ökaryotlar; şekil, yapı, organizasyon ve fonksiyon bakımından prokaryot organizmalara göre çok daha komplekstirler. Prokaryotlar; yapısal olarak basit mikroorganizmalardır, zarla çevrili çekirdekleri ve sitoplazmik organelleri bulunmaz. Prokaryotlar, arkealar ve bakteriler olmak üzere iki filogenetik gruba ayrılırlar. a) Genel Bilgi CANLILARIN SINIFLANDIRILMASI Canlılar hücresel organizasyonlarına göre ökaryot ve prokaryot olmak üzere iki temel sınıfa ayrılır (Şekil 1). Ökaryotlarda genetik materyal hücre içerisinde zarla çevrilmiş çekirdeğin içinde bulunur. Ökaryotik organizmaların sitoplazmalarında şekil ve işlevleri farklı olan lizozom, mitokondri, endoplazmik retikulum gibi organeller yer alır. Boyut ve hacimsel olarak prokaryotik hücrelerden büyüktürler. Hücrelerin şekil ve fonksiyon olarak çeşitliliği prokaryotlar ile karşılaştırıldığı zaman oldukça fazladır. Prokaryotlar; dünya yüzeyinde ilk gelişen organizmalardır ve günümüzde biyosfere hakim olan canlılardır. Ökaryotik hücrelere göre daha basit olan prokaryotların, zarla çevrili çekirdeği ve sitoplazmik organelleri bulunmaz. Prokaryotlar, arkeler ve bakteriler olmak üzere iki filogenetik gruba ayrılırlar. Önceleri bakteriler grubu içinde yer alan arkeler; sonrasında hücresel, metabolik, filogenetik ve gen yapılarına bakılarak ayrı bir prokaryotik grup olarak sınıflandırılmışlardır. Günümüzde arkeler ile ilgili yapılan çalışmaların çoğu canlıların sistematik özelliklerinden ziyade ekolojik özellikleriyle ilgilidir. Arkeler yüksek sıcaklık, basınç,asit, baz gibi ekstrem koşullarda yaşayabilmektedir. Hücre zarlarının kendine özgü lipit tabakası içermesiyle ve karakteristik rrna baz sırasına sahip olmalarıyla bakterilerden ayrılırlar. Bakterilerin Yapısı 1-5 μm boyutlar arasında değişik büyüklüğe sahip, sadece mikroskopta görülebilen, bağımsız olarak yaşayabilen canları bakteriler olarak adlandırmaktayız. Yeryüzündeki her ortamda mevcut olan bakterilerin; toprakta, deniz suyunda, okyanusun derinliklerinde, yer kabuğunda, deride, hayvanların bağırsaklarında, asitli sıcak su kaynaklarında ve radyoaktif atıklarda yaşayan tipleri bulunmaktadır. Bakterilerde hücre yapısını hücre zarı ve hücre çeperi oluşturur. Ayrıca bazı bakteri hücrelerinde kapsül, kamçı (flageller), piluslar bulunur. Bakterilerde genetik materyal genellikle çift zincirli, çembersel yapıda DNA dır. Ökaryotlardan farklı olarak bakterilerde DNA, çekirdek zarı ile sitoplazmadan ayrılmış durumda değildir, sitoplazmanın ortasında bir yumak gibi kıvrılmış biçimde bulunur (nükleoid). Bakteri DNA'sı hücre zarında bulunan, hücre zarının kıvrımlı girintileri olan mezozomlara bağlı olarak konumlanmıştır. Mezozom 10

11 Öğrenci Kılavuzu üzerinde bulunan solunum enzimleri ökaryotlardaki mitokondri ile benzer görev yapar. Bakterilerde ökaryotlarda bulunan çekirdek yapısı olmadığı gibi çekirdekçik de bulunmamaktadır. Bakterilerde sitoplazma; hücre zarfı ile çevrelenmiş, DNA, RNA, ribozomlar, metabolitler, enzimler, iyonlar, plazmidler ve depolanmış granülleri içeren amorf ve sulu bir sıvıdır. Ribozom hariç ökaryotlarda bulunan diğer organelleri içermez. Bu organellerin görevini bakteride hücre zarı üstlenmiştir. Ayrıca sahip oldukları ribozomlar da aynı görevi üstlenmelerine rağmen yapısal olarak farklılıklar içermektedir. Plazmidler, kromozom dışı, çift iplikli ve çembersel DNA molekülleri olup, bakteri kromozomundan bağımsız olarak çoğalabilirler. Bakteri genomundan ayrı olarak bulunabildikleri gibi genoma birleşik olarak da bulunabilirler. Plazmidler genel olarak işlevlerine göre 5 e ayrılırlar. Fertilite-F-plasmidleri (konjügasyonda görev alırlar) Rezistans-(R) plazmidleri (antibiyotik ve zehirlere karşı direnç sağlayan genler içerirler) Col-plazmidleri (başka bakterileri öldürebilen protein türleri olan kolisinleri kodlayan genler içerirler) Yıkıcı plazmidler, (tolüen veya salisilik asit gibi ender bileşiklerin yıkımını sağlarlar.) Virülans plazmidleri (bakterinin patojen olmasına neden olurlar.) Bakterilerde hücre zarı, ökaryot hücre zarı ile benzer olarak çift tabakalı fosfolipid yapıdadır ve protein içerir. Ancak ökaryotlardan farklı olarak sterol içermez (Mycoplasma spp. hariç). Bu zar, hücre içine giren ve hücre dışına bırakılan moleküllerin yapısını ve miktarını sınırlayarak seçici geçirgen özellik gösterir. Hücre zarının başlıca fonksiyonları; Seçici geçirgenlik ve madde alışverişinin sağlanması; bu sayede hem hücre içi basıncın sabit tutulması hem de bakteri için gerekli maddelerin içeri alınması. Üzerinde bulunan solunum enzimleriyle, solunum işlevini gerçekleştirmek (elektron transportu ve oksidatif fosfarilasyon gerçekleştirilir). Sindirim işlevini yürütür, çeşitli enzimlerin ve proteinlerin hücre dışına salgılanması ve parçalanan besinlerin hücre içine alımını gerçekleştirir. Biyosentez işlevini gerçekleştirir (hücre duvarı sentezi gibi). Mycoplasmalar hariç bütün bakterilerde hücre duvarı bulunur. Bakteri hücre duvarı, ökaryot hücrelerde bulunmayan ve peptidoglikan (=murein, =mukopeptid) olarak adlandırılan bir ağ yapısındadır. Bu tabakanın kalınlığı Gram pozitif bakterilerde Gram negatif bakterilere oranla daha fazladır, bu sebeple gram boyasıyla boyanıp boyanmama durumu gelişmekte ve bakterilerin isimlendirilmesi bu durum baz alınarak yapılmaktadır. Bakteri hücre duvarı son derece dayanıksız olan hücre zarını çevreler. Bakteri, hücre duvarı sayesinde bütünlüğünü koruyabilir, hücre duvarının bütünlüğü bozulursa bakteri ölür. Bakterilerde kapsül; polisakkaritten oluşmuş, bakterinin tamamını saran jelatin benzeri bir katmandır. Kapsülün yapıtaşı olan polisakkaritlerin şeker bileşenleri bir bakteriden diğerine değişiklik gösterir. Kapsül 11

12 Öğrenci Kılavuzu yapısı bazı bakterilerde bulunur, bulunduğu bakteriye antijenik özellik kazandırır ve bu sayede bakterilerin serotiplendirilmesinde önemli bir rol oynar. Ayrıca kapsül yapısı bakteriyi fagositoza karşı korumaktadır. Bakteri pilusu; kıla benzer filamentler olup, hücre yüzeyini her yönünden çıkabilen, kamçıya göre daha kısa protein yapısındaki uzantılardır. Bakterilerde 2 çeşit pilus bulunur: basit pilus ve seks pilusu. Basit pilus; bakterilerin vücutta hastalık oluşturmasındaki en önemli basamağı, konak hücreye tutunmayı sağlar. Seks pilusu ise bakteriler arası genetik madde aktarımından sorumludur. Bazı bakteriler çevre koşullarının bozulduğu (besin maddelerinin azalması, oksijen yetersizliği gibi) dönemlerde canlı kalmayı sürdürebilmek için yapısal ve metabolik değişikliğe uğrayarak sıcaklığa, ultraviyole ışığına ve kimyasal maddelere dirençli spor meydana getirir. Ortam koşulları normale döndüğünde normal bakteri haline dönebilirler. Bakterileriyel Üreme ve Metabolizma Bakteriler ikiye bölünerek çoğalırlar. Çoğalmaları logaritmik olarak gerçekleşir (2 n : n üreme siklusu sayısı). Bakterilerin üreme ve bölünmesi için; üreme ve beslenme gereksinimleri (su, karbon ve azot kaynağı, mineraller, inorganik tuzlar, büyüme faktörleri, vitaminler, uygun H alıcı ve vericileri, oksijen ve karbondioksit gibi) kimyasal faktörler ve optimum ph, optimum sıcaklık gibi fiziksel faktörleri içeren özel ürem e koşullarına ihtiyaç duyarlar. Bakteriler tüm canlılar gibi çeşitli karbon ve enerji kaynaklarını kullanarak metabolizmalarını sürdürürler. Şekilde çeşitleri özelliklerine göre bakterilerin sınıflandırılması gösterilmiştir (Şekil 2). Bakterilerin Biyolojik ve Ekonomik Önemi Bakterilerin bir kısmı canlı hayatı için faydalıyken, bir kısmı ise hastalık etkeni olup patojendirler. Yararlı bakteriler Öğrenci Kılavuzu Normal mikrobiyal flora olarak adlandırılan farklı türlerden milyarlarca mikroorganizma insan vücudu üzerinde ya da içerisinde gelişir. Kalıcı ve geçici olmak üzere 2 ye ayrılan flora sayesinde patojen bakterilerin vücuda yerleşmesi engellenir ve patojenlere karşı bağışıklıkla (immün) verilen yanıtta rol oynarlar. Çürükçül bakteriler, salgıladıkları enzimlerle bitki ve hayvan ölülerini ve besinleri basit organik maddelere parçalarlar. Böylece bir taraftan kendi besin ihtiyaçlarını karşılarken diğer taraftan toprağın 12

13 Öğrenci Kılavuzu organik madde bakımından zenginleşmesini yani humus oluşumunu sağlamış olurlar. Ayrıca bitki ve hayvan artıklarını ayrıştırdıkları için doğadaki madde döngüsünü (karbon ve azot döngüsü) sağlamada da çok önemli rolleri vardır. Nitrat ve nitrit bakterileri, doğadaki azot dolaşımında rol oynarlar. Baklagillerin köklerindeki Rhizobium bakterileriyle topraktaki azot bakterileri havanın serbest azotunun toprağa bağlanmasını sağlayarak doğadaki azot dolaşımına katkıda bulunurlar. İnsanların kalın bağırsağında yaşayan mutualist bakteriler B ve K vitamini üretimini sağlarlar. Hastalıklardan korunma ve tedavide bakterilerden yararlanılarak hazırlanan aşı ve serum kullanılır. Aşı ile sağlıklı bireye zayıflatılmış ya da öldürülmüş bakteriler verilir. Bağışıklık sisteminin uyarılması ile oluşan antikorlar aktif bağışıklık sağlar. Serum elde etmek için bazı hayvanların vücuduna zayıflatılmış bakteriler verilir. Hayvanın ürettiği antikorlar bir dizi özel teknik ile izole edilerek serum elde edilr. Serum, hasta bireylere verilip, pasif bağışıklık sağlar. Çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılmak üzere, biyoteknojik yöntemler kullanılarak oluşturulan bakteriler sayesinde insülin, büyüme hormonu, vitamin, interferon ve antibiyotik üretilmektedir. Genetik mühendisliği yöntemleriyle yabancı genler bakteri içerisine sokularak bu genlerin ürünleri ilaç sanayinde kullanılır. Genetik mühendisliği teknikleriyle geliştirilen bakteriler, biyolojik mücadelede zararlı böcek ve bitkilere karşı kullanılmaktadır. Fermentasyon yapan bakteriler kullanılarak, yoğurt ve peynir gibi gıdalar üretilmektedir. Su, hava ve topraktaki kirleticilerin giderilmesinde mikroorganizmaların kullanılmasına biyoremediasyon denmektedir. Organik çöpler ve atıklar, bakteriler sayesinde bütanol ve metan gibi yakıtlara dönüştürülerek enerji eldesi sağlanmaktadır. Zararlı bakteriler Patojen bakterilerden bazıları konak canlının hücre ve dokularını tahrip ederken bazıları da toksin adı verilen zehirli proteinler üreterek organizmanın hastalanmasına, bazen de ölümüne neden olabilirler. Bazı anaerob bakterilerin ürettiği toksinler yiyeceklerin ve konservelerin bozulmasına neden olarak bu besinleri tüketen insanlarda besin zehirlenmesi görülmesine neden olur. 13

14 Bakterilerle Savaş Öğrenci Kılavuzu Bağışıklık sistemi; insan vücudunun hastalıklara karşı savunma mekanizmasını oluşturan, vücudu yabancı ve zararlı maddelere karşı koruyan oldukça karmaşık bir sistemdir. Bu sistem vücudumuza giren milyonlarca bakteri, virüs, parazit ve toksinlere karşı korumak için düzenlenmiştir. Temel olarak bakterilerden doğal ve sonradan kazanılan bağışıklık sayesinde korunulmaktadır (Şekil 3). Bakterilerle savaşın bir diğer yolu ise üremelerini engelleyici ve canlılıklarını kaybetmelerine neden olan antibiyotiklerdir. Antibiyotikler bağışıklık sağlamaz, dolayısıyla her seferinde bakteri ile temas sonucu doktor kontrolünde kullanımı gerekmektedir. Yanlış antibiyotik kullanımı ve belirtilen antibiyotik kullanım sürelerine uyulmaması antibiyotiğe dirençli bakterilerin oluşmasına neden olmaktadır. b) Deney süresince uyulması gereken kurallar Laboratuvar dersinde uyulması gereken genel kurallar dışında kit içerisinde bulunan kimyasal malzemeler eldiven kullanılmaksızın kullanılmamalıdır. Deney süresince kullanılan kimyasallar ile istenmeyen bir müdahale olması durumunda bulaşan bölge bol sabun ve su ile yıkanmalıdır. Kullanılan kimyasalların solunmamasına özen gösterilmeli, deneyin yapıldığı laboratuvar havalandırılmalıdır. Deneyler tamamlandıktan sonra sonuçlar yazılmalı ve üzerinde tartışılmalıdır. Deney sonu verilen sorular işlenen konuyu ve yapılan deneyi pekiştirici niteliktedir. Deney tamamlandıktan sonra soruların çözülmesi ve cevaplarının tartışılması önerilmektedir. Laboratuvar sorumlusu olmadan kit kullanılmamalıdır. c) Deneyin Yapılışı UYARI: Aşağıda belirtilen deneysel işlemlerin tamamı ateş başında yapılmalıdır. Kit içerisinde verilmiş olan 4 adet besi yerine aşağıda gösterildiği şekilde verilmiş olan miktarlarda antibiyotik ve fungusit ilave edilir ve besi yerleri üzerine iyice yayılmaları sağlanır. 14

15 Öğrenci Kılavuzu Fungusit ve/veya antibiyotik ilave edilmiş olan besiyerleri bir süre bekletilerek ( 5 dakika), ilave edilmiş kimyasalların besiyerleri tarafından iyice emilmesi sağlanır. Fungusit ve/veya antibiyotiğin besi yerlerine iyice yayıldığından emin olunup, besiyerlerleri üzerinde fazladan kalan fungusit ve/veya antibiyotik pastör pipeti yardımıyla petri hafifçe yana eğilerek kenarından alınarak uzaklaştırılır. (Her besi yerine pastör pipeti kullanılmalıdır.) Kit içerisinde verilmiş olan 4 adet steril eküvyon çubuk, aynı anda ve eşit koşullar sağlanacak şekilde bakterice zengin olduğu düşünülen çevredeki eşya ve alanlara (örneğin; ellere, çevredeki eşyalara, kapı kollarına ve pencere kenarlarına) iyice sürtülür. Daha önceden hazırlanmış olan besiyerlerine, her birine ayrı olacak şekilde çevreden iyice sürterek örnek alınmış olan eküvyon çubuklar besi yerlerinin yüzeyinde iyice gezdirilerek ekim yapılması sağlanır. Ekimi tamamlanmış olan besiyerleri etüvde gece boyu bekletildikten sonra sonuçlar tartışılır. d) Sorular 1. Canlılar hücresel hücresel organizasyonlarına göre kaça ayrılır, kısaca açıklayınız. 2. Deney sürecinde kullanılan antibiyotik ve fungusitiğin kullanım amaçları nelerdir? 15

16 16